维生素D结合蛋白在糖尿病肾脏病中的作用机制探讨

孙 妍，高玉叶，高 硕

(1.山东第一医科大学附属省立医院 儿内科，山东 济南 250098；2.山东第一医科大学，山东 济南 250062)

糖尿病是威胁人们生命质量的重要慢性疾病，三分之一的患者并发糖尿病肾脏病(diabetic kidney disease, DKD)，出现蛋白尿增多和肾小球滤过率(glomerular filtration rate, GFR)下降，肾功能下降可独立于蛋白尿作为DKD新的临床表型[1]。约30%的1型糖尿病(type 1 diabetes, T1D)患者和40%的2型糖尿病(type 2 diabetes, T2D)患者发生DKD[2]，DKD可逐步进展为终末期肾病(end stage renal disease，ESRD)，约40%患者需要肾移植[3]，是糖尿病患者的主要死因。作为代谢紊乱引起的炎性反应性疾病[4-6]，DKD发病机制尚不明确。巨噬细胞在DKD的肾小球和肾小管均有浸润，是DKD特征性炎性反应，也是发病中心环节。尿维生素D结合蛋白(vitamin D binding protein，VDBP)是DKD早期诊断标志物，可转化为强效巨噬细胞活化因子(macrophage activating factor，MAF)，又称单核细胞趋化蛋白(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)，激活并增强巨噬细胞功能。现就VDBP在DKD的相关机制进行综述。

1 VDBP的结构

VDBP为Gc球蛋白，相对分子量为51 000～58 000的血浆球蛋白，属于结合白蛋白超家族，此家族中还有白蛋白、甲胎蛋白等。人VDBP基因位于4号染色体(4q12-q13)，包含13个外显子和12个内含子。目前已发现多种VDBP基因多态性，最常见的2个单核苷酸多态性位点位于11号外显子rs7041和rs4588，其突变组合产生的3种最常见的等位基因表型为GclF、GclS和Gc2。单核苷酸多态性可影响蛋白质稳定性、柔韧性和聚集性，功能位置、反应动力学和对环境参数的依赖性。单核苷酸多态性是VDBP蛋白质转运的影响因素，rs7041纯合子基因型人群中，25羟维生素D浓度显著较高[7]。VDBP主要由肝脏合成，肾脏可分泌少量VDBP，也在人体其他多种组织表达，如性腺、脂肪组织及中性粒细胞。VDBP由肾小球滤过，在近端肾小管上皮细胞重吸收，经尿液微量排泄[8]。血清VDBP表达水平相对恒定，肝脏疾病、肾病综合征或严重营养不良状态下表达水平降低。

2 VDBP生理作用

VDBP是血浆中维生素D及其代谢产物最主要的转运蛋白，结合维生素D及其衍生物仅占VDBP总含量的5%，还具有其他重要作用。VDBP基因多态性与乳腺癌及前列腺癌的易感性相关，VDBP水平与肺病、多发性硬化症严重程度及预后正相关，其炎性因子作用受到越来越多的重视。主要的生理作用包括以下几个方面：

2.1维生素D转运作用 25羟维生素D和1, 25(OH)2D3大部分都以VDBP结合形式转运，少部分与白蛋白松散结合或自由流通。游离维生素D是生物活性部分，25羟维生素D是反映人体维生素D营养状态的最佳指标。VDBP通过结合反应显著延长25羟维生素D的半衰期，对于维持血清维生素D浓度稳定、调节生物活性具有重要作用。

2.2肌动蛋白结合作用 VDBP的氨基末端结构域与维生素D代谢物结合，另外的羧基末端结构域与肌动蛋白结合。通过结合并清除肌动蛋白，VDBP实现减轻全身血管闭塞和细胞损伤的作用，降低脓毒症等炎性反应以及多脏器功能损害的风险。

2.3中性粒细胞趋化作用 通过增强补体相关肽的趋化作用，促进中性粒细胞聚集。中性粒细胞在机体抗感染中发挥着重要作用，在微生物病原体侵袭机体后快速趋化到炎症部位，吞噬病原并防止扩散，具有重要的免疫防御功能。

2.4巨噬细胞活化作用 VDBP在T淋巴细胞唾液酸酶和B淋巴细胞β半乳糖甘酶转化酶的脱糖基化作用下，生成DBP maf(巨噬细胞活化因子)即MAF或MCP-1，对于巨噬细胞具有强大趋化作用，通过刺激巨噬细胞炎症反应，参与宿主防御以及炎性损伤。巨噬细胞活化后分泌ROS、IL-1、TNF-α等炎性反应介质，进一步造成组织损伤。肾脏巨噬细胞浸润与DKD血糖、糖化血红蛋白水平、蛋白尿及血肌酐升高、肾脏纤维化密切相关，与预后密切相关。

3 DKD的发病机制

DKD除了经典的蛋白尿表型，出现了两种新的表型，即“非白蛋白肾损害”和“进行性肾功能降低”，通过进行性蛋白尿增加和肾小球滤过率下降，DKD可逐步进展为ESRD。DKD发病机制尚未完全阐明，主要包括以下几个方面：

3.1遗传因素 家族聚集性证实了遗传因素在DKD发病中的重要作用。许多基因如吞噬和细胞运动蛋白1、血管紧张素转换酶、内皮型一氧化氮合酶、超氧化物歧化酶1等均是DKD的易感基因。全基因组关联发现染色体3q、6p、7p、7q、10q、18q、19q和22q均与DKD显著相关。

3.2高血糖毒性作用 高血糖涉及多种细胞和多种信号通路的激活，包括非酶糖化终产物增加、山梨醇产生增加、氧化应激增强、蛋白激酶C和TGF-β活性增强等。长期高血糖使肾小球处于高滤过状态，肾小球内的高灌注和球内高压加重，毛细血管通透性增加，蛋白尿不断进展，肾小球逐步硬化。

3.3脂毒性作用 DKD常伴有血脂异常。肾组织局部肾素-血管紧张素系统在DKD过度激活，血管紧张素Ⅱ诱导肾脏系膜细胞LDL受体负反馈调节失衡，导致LDL受体表达上调，细胞内脂质摄入增加。游离脂肪酸(free fatty acids，FFA)通过促进胞浆内质网应激反应及活性氧的过量产生，导致细胞功能失常甚至死亡，称为“脂毒性”，累及肾组织多种细胞功能。其中，足细胞脂质沉积是DKD的重要决定因素。DKD患者肾小球中连接黏附分子样蛋白(junctional adhesion molecule-like protein，JAML)高表达，JAML通过SIRT1/SREBP1信号调节足细胞脂质代谢[9]，其水平与肾组织脂质积聚和肾小球滤过率密切相关。

3.4其他通路作用 多种炎症细胞、信号通路在DKD发生发展中具有重要作用，非编码RNA( non-coding RNA，ncRNA)、细胞焦亡、自噬、外泌体等在新近报道中证实参与DKD病程进展。非编码RNA参与表观遗传修饰，可通过调节炎症反应、细胞焦亡和自噬参与糖尿病肾损伤。细胞焦亡是一种细胞程序性死亡方式，炎症小体通过激活Caspase-1等途径，促使细胞肿胀、细胞破裂并释放炎性物质。Gasdermin D(GSDMD)是细胞焦亡特征性蛋白，在DKD患者肾小管表达明显增加。另外，足细胞自噬功能不全可通过激活DKD内皮损伤的内质网应激，导致足细胞损伤，产生大量蛋白尿[10]。外泌体miR-19b-3p介导肾小管上皮细胞和巨噬细胞之间交流，通过促进小管间质炎症参与DKD发生发展。

4 VDBP在DKD的作用

新近研究表明，尿VDBP水平是DKD新的早期诊断标志物。DKD患者尿VDBP水平提高，呈现促炎性状态下的反应[11-13]。随着DKD病情进展，血清和尿VDBP表达增加[14]，尿VDBP表达与患者GFR、尿素氮、肌酐、尿蛋白有关，对评估DKD病情有一定价值，成为诊断和疾病评估的生物学指标[15-17]。VDBP通过以下机制参与糖尿病相关肾脏病的进展：

4.1VDBP基因多态性与糖尿病及并发症密切相关 VDBP基因型gc1s-2在日本人群证实与T2DM相关[18]。VDBPrs7041GG/GT基因型的慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)发生率较低，25羟维生素D水平较高[19]。25羟维生素D水平在糖尿病患者与GFR下降速度呈负相关。由此证明，VDBP基因型不仅与糖尿病发病密切相关，也与糖尿病肾功能具有相关性。

4.2影响糖代谢和增加胰岛素抵抗 糖尿病患者VDBP水平增加，维生素D生物利用度降低。维生素D通过其受体作用于免疫、血液多种组织系统。胰岛β细胞上存在维生素D3受体，1, 25(OH)2D3是正常胰岛素分泌所必需。维生素D低水平与肥胖个体糖代谢损伤有关[20]，与糖尿病控制不良高度相关[21]，对β细胞功能和胰岛素敏感性(insulin sensitivity，IS)有负影响。尿VDBP升高可通过调节胰腺β细胞的活性维生素D含量，促进高胰岛素血症和胰岛素抵抗[22]。此外，VDBP转化为MAF，激活TNF-α等细胞因子和免疫反应，在胰岛素分泌中亦发挥重要影响。

4.3VDBP的脂毒性作用 胰岛β细胞VDBP可结合血液中游离脂肪酸，诱导β细胞功能异常，损伤正常自噬功能，诱导细胞凋亡，最终减少β细胞绝对数量，加重胰岛素的分泌功能受损。同时，游离脂肪酸具有脂毒性，介导氧化应激，提高系膜细胞炎性因子的分泌，对肾小管和肾小球造成脂质肾损害。细胞实验中，棕榈酸通过增加肌醇酶1水平与激活c-Jun氨基端激酶途径产生内质网应激。内质网应激激活IκB激酶β/核因子κB等途径促进炎症效应，并活化氧化应激途径。

4.4VDBP介导炎症反应 VDBP在脱糖基化作用下转化为强效MAF，其是已知最强的趋化和激活单核细胞的因子。糖尿病肾组织的巨噬细胞浸润是DKD进展的重要组织学特征[23]。MAF通过刺激活性氧促使氧化应激反应和蛋白酶产生而不断激活巨噬细胞，释放趋化因子CCL18等各种炎性介质，促进细胞外基质增多，加速肾小球硬化和肾纤维化[24]。肾间质纤维化是慢性肾脏病的共同转归。氧化应激又进一步引起糖醛还原酶及多元醇途径、己糖胺途径等激活，最终形成糖基化终产物(advanced glycation end products，AGEs)，使肾脏纤维化相关基因表达上调，产生肾脏慢性炎性反应，加剧纤维化[25]。糖尿病的高血糖状态、AGEs共同诱导肾组织细胞产生一系列趋化因子，促进炎症不断进展。此外，DKD患者肾小管上皮细胞富含亮氨酸的α-2-糖蛋白1通过TGFβR1途径激活巨噬细胞，细胞之间存在通讯机制[26]。炎症反应推动DKD不断进展，黄芩苷可通过减轻氧化应激和炎症反应对DKD有一定的治疗作用[27]。

5 展望

尿VDBP水平升高，为我们临床上早期诊断DKD开辟一条新的思路[28]。糖尿病慢性炎症增加尿VDBP浓度，并降低维生素D生物可利用度，肾功能损害亦会加重维生素D的缺乏。尿VDBP增加预示着肾内和肾外维生素D的缺乏[29]，而维生素D缺乏与DKD发展密切相关[30]。研究发现，肾病患者适当补充维生素D类似物，一方面通过抑制肾素-血管紧张素-醛固酮系统减轻DKD炎症反应，另外还具有抗增殖、抗转移作用并改善内皮功能，从而显著降低尿蛋白排泄率[31]。有研究报道，1, 25(OH)2D3通过对多聚二磷酸腺苷核糖聚合酶的抑制，发挥抗炎作用，减少高糖对足细胞的损伤，降低蛋白尿[32]。随着VDBP作用机制的进一步明确，为DKD的治疗提供了新的方向。

综上所述，尿VDBP与DKD密切相关，通过基因多态性、胰岛素抵抗、脂毒性作用及氧化还原等炎症反应，在DKD的发生发展中具有重要作用。VDBP水平增加，维生素D生物利用度下降，补充维生素D可以降低蛋白尿，对于DKD的防治具有良好的应用前景。